DE2321890A1 - Schaltungsanordnung fuer einen elektrischen schrittmotor - Google Patents
Schaltungsanordnung fuer einen elektrischen schrittmotorInfo
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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P8/00—Arrangements for controlling dynamo-electric motors rotating step by step
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Description
SIEMENS AKTIENGESELLSOHAi1T Erlangen, den-* h ^" :;'"ΐ
Berlin und Hünchen Werner-von-Siemens-Str.
Unser Zeichen: YPA 73/3087 Gu/Or
Schaltungsanordnung für einen elektrischen Schrittmotor
Die Erfindung "betrifft eine Schaltungsanordnung für einen
elektrischen Schrittmotor mit in Dreieck geschalteten Wicklungen, deren Knotenpunkte jeweils von Umschaltern in Abhängigkeit
von Ansteuerbefehlen auf Steuerleitungen zyklisch
auf Betriebsspannung oder auf Masse geschaltet sind.
Um bei elektrischen Schrittmotoren eine möglichst hohe Schrittzahl
pro Zeiteinheit zu erreichen, soll der Strom in der jeweiligen Wicklung bei Beginn der Ansteuerung möglichst rasch
auf seinen Nennwert ansteigen und am Ende der Ansteuerung möglichst rasch wieder abklingen. Der gegebene ohmsche und
induktive Widerstand der Wicklung begrenzt jedoch die Stromanstiegsgeschwindigkeit
und die Stromabfallgeschwindigkeit, Zwar kann die Stromanstiegsgeschwindigkeit durch Wahl einer
höheren Betriebsspannung verkürzt werden, jedoch ist dann eine Begrenzung auf den Nennwert des Wicklungsstromes erforderlich.
Eine derartige Strombegrenzung kann durch Serienwiderstände zu den Wicklungen erfolgen. Dabei treten
jedoch hohe Verlustleistungen auf.
Bei einem elektrischen Schrittmotor mit in Stern geschalteten Wicklungen sind die Wicklungsströme und die Leiterströme
in den Zuleitungen identisch und können daher leicht erfaßt und geregelt werden. Bei einem Schrittmotormit
in Dreieck geschalteten Wicklungen dagegen sind die Wicklungsströme ohne Eingriffe in den Motor nicht erfaßbar oder regelbar.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einem elektrischen Schrittmotor mit in Dreieck geschalteten Wick-
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lungen eine Schaltungsanordnung zu schaffen, mit der auf einfache und praktische verlustlose Weise die Wicklungsströme
auf einen vorgegebenen Nennwert geregelt werden können.
Erfindungsgemäß wird hierzu vorgeschlagen, daß jeder Umschalter
von einem UND-Gatter angesteuert ist, dessen Eingänge mit der jeweiligen Steuerleitung und mit dem Ausgang
eines die Summe der Leiterströme auswertenden Grenzwertmelder verbunden sind.
Da die Summe der Leiterströme auf den Zuleitungen übereinstimmt mit der Summe der Ströme in den Wicklungen und da die
Widerstände der einzelnen Wicklungen praktisch gleich sind, werden durch die erfindungsgemäße Regelung der Summe der
Leiterströme auf einen konstanten Wert auch die jeweiligen Wicklungsströme geregelt. Solange auf einerjoder mehreren
Steuerleitungen die entsprechenden Ansteuerbefehle und ein gleichsinniges Signal vom Grenzwertmelder an den UND-Gattern
anstehen, sind die angesteuerten Knotenpunkte auf Betriebsspannung geschaltet. Sobald die Summe der Leiterströme einen
vorgegebenen Ansprechwert überschreitet, wechselt das Signal am Ausgang des Grenzwertmelders und sperrt die UND-Gatter und
damit die Ansteuerung der Wicklungen. Wenn die Summe der Leiterströme die Ansprechschwelle wieder unterschreitet, wird
die Ansteuerung erneut freigegeben. Während der Dauer eines Ansteuerbefehls erfolgt somit eine getaktete Stromregelung.
Hierfür wird nur ein einziger Grenzwertmelder benötigt.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor,
daß die Umschalter jeweils aus zwei Transistoren in Gegentaktschaltung
aufgebaut sLnd. Die bei der erfindungsgemäßen
Schaltungsanordnung auftretende Verlustleistung wird damit im wesentlichen durch die Umschaltverluste dieser Schalttransistoren
bestimmt.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht den UND-Gattern
nachgeschaltete Signalverstärker mit Gegentaktstufen
im Ausgangskreis vor. Die Gegentaktstufen dienen dabei als Umschalter.
Zur Ableitung der in den Wicklungen beim Zu- und Abschalten
entstehenden induktiven Überspannungen kann nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung jeder Knotenpunkt mit Dioden
gegen Masse und gegen die Betriebsspannung beschaltet sein.
Eine besonders einfache Erfassung der Summe der Leiterströme
ist nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung dadurch gegeben, daß sämtliche Knotenpunkte über die Umschalter auf
eine gemeinsame Erdleitung mit einem Meßwiderstand geschaltet sind, dessen Spannungsabfall einem Grenzwertmelder zugeführt
ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand
der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen: I1Ig. 1 ein Prinzipschaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
,
]?ig. 2 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit kontaktlosen
Schaltelementen.
In der Darstellung der Mg. 1 sind die drei in Dreieck geschalteten
Statorwicklungen eines elektrischen Schrittmotors mit WAT)f WAr( und 1Ι7Ώ» bezeichnet. Den Knotenpunkten A, B, C sind
Umschalter 1, 2, 3 zugeordnet, die diese Knotenpunkte in Abhängigkeit von Ansteuerbefehlen auf den Steuerleitungen 4, 5»
zyklisch mit der Betriebsspannung U5 oder mit Masse M verbinden.
Jeder Umschalter wird von einem UND-Gatter 7, 8, 9 angesteuert, dessen Eingänge mit der jeweiligen Steuerleitung
4, 5, 6 und mit dem Ausgang 10 eines Grenzwertmelders 11 verbunden sind. Sämtliche Knotenpunkte A, B, C sind über die entsprechenden
Umschalter, 1, 2, 3 auf eine gemeinsame Erdleitung 12 geschaltet die einen Meßwiderstand 13 aufweist. Der
Spannungsabfall am Meßwiderstand 13 bildet das Eingangssignal für den Grenzwertmelder 11.
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Den in Pig. 1 gezeichneten Schalterstellungen liegt eine Ansteuerung
zugrunde, bei der auf den Steuerleitungen 4 und jeweils O-Signal und auf der Steuerleitung 6 1-Signal als
Ansteuerbefehl erscheint. Bei Beginn der Ansteuerung fließt auf der gemeinsamen Erdleitung 12 und im Meßwiderstand 13 noch
kein Strom, so daß am Ausgang 10 des Grenzwertmelders 11
1-Signal erscheint. Der Ausgang des UND-Gatters
führt daher ebenfalls 1-Signal und bringt den Umschalter 3 in die gezeichnete Stellung. Die Betriebsspannung U-n wird auf
den Knotenpunkt C geschaltet. In den Wicklungen W.c und W-gC
fließt ein Wicklungsstrom, der über die Umschalter 1 und
und die Erdleitung 12 gegen Masee M abfließt. Sobald dieser Summenstrom einen vorgegebenen Wert überschreitet, übersteigt
auch der Spannungsabfall am Meßwiderstand 13 die Ansprechschwelle des Grenzwertmelders 11. An dessen Ausgang
erscheint O-Signal und sperrt das UND-Gatter' 9. Die Ansteuerung
des Knotenpunktes C wird dadurch solange unterbrochen, bis der Summenstrom wieder unter die vorgegebene
Ansprechschwelle'des Grenzwertmelders 11 gesunken ist*
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 sind gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern versehen. Es sind drei Signalverstärker
14, 15, 16 vorgesehen, in deren Eingangskreisen die UND-Gatter 7, 8, 9 liegen und deren Ausgangskreise jeweils
aus zwei in Gegentakt geschalteten Transistoren 17, 18
bzw. 19, 20 und 21, 22 bestehen. Die Knotenpunkte A, B, C sind jeweils mit Dioden 23, 25 und 27 gegen die Betriebsspannung
U-g und mit Dioden 24, 26 und 28 gegen Masse beschaltet.
Anstelle der dargestellten npn-pnp-Kombinationen als Gegentaktendstufenkönnen auch andere geeignete Kombinationen
von Transistoren verwendet werden.
Fig. 2
In/wird ein Betriebsfall betrachtet, bei dem auf den Steuerleitungen
4 und 5 Ansteuerbefehle mit 1-Signal anstehen. Der Grenzwertmelder 11 gibt an seinem Ausgang 10 zunächst
ebenfalls ein 1-Signal aus, so daß die UND-Gatter 7 und 8
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1-Signal führen und die Signalverstärker H.und 15 ansteuern.
Die Transistoren 17, 19 und 22 sind durchlässig, während die Transistoren 18, 20 und 21 gesperrt sind. Der Knotenpunkt A
wird über den Transistor 17 und der Knotenpunkt B über den Transistor 19 angesteuert. In den Wicklungen W.„ und WBC
fließen Wicklungsströme zum Knotenpunkt C. Der Transistor
muß daher den vollen Summenstrom aufnehmen, der über die gemeinsame Brdleitung 12 gegen Masse abgeleitet wird. Sobald der
am Meßwiderstand 13 abgegriffene und dem Summenstrom proportionale Spannungsabfall die vorgegebene Ansprechschwelle
des Grenzwertmelders 11 überschreitet, legt dieser O-Signal
an die UND-Gatter 7"und 8 und ssrrt damit die Transistoren
und 19. Damit wird der Stromfluß von der Betriebsspannung XL,
her un t erbrochen . Die Wicklungsströme kommutieren auf die
nach Masse geschalteten Dioden und klingen ab. Sobald der Summenstrom die Ansprechschwelle des Grenzwertmelders 11
unterschreitet, hebt dieser die Sperre wieder auf und die Betriebsspannung wird über die Transistoren 17 und 19 wieder
zugeschaltet.
5 Patentansprüche
2 figuren
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Claims (5)
1.JSchaltungsanordnung für einen elektrischen Schrittmotor
mit in Dreieck geschalteten Wicklungen, deren Knotenpunkte jeweils von Umschaltern in Abhängigkeit von Ansteuerbefehlen
auf Steuerleitungen zyklisch auf Betriebsspannung oder auf Masse geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet,
daß jeder Umschalter (1, 2, 3) von einem UND-Gatter (7, 8, 9) angesteuert ist, dessen Eingänge mit
der jeweiligen Steuerleitung (4, 5» 6) und mit dem Ausgang (10) eines die Summe der Leiterströme auswertenden
Grenzwertmelders (11) verbunden sind.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Umschalter jeweils aus zwei Transistoren (17, 18 bzw. iy, 20 bzw. 21, 22) in Gegentaktschaltung aufgebaut
sind.
3. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet
durch den UND-Gattern (7, 8, 9) nachgeschaltete Signalverstärker (14, 15, 16) mit Gegentaktstufen im
Ausgangskreis.
4. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß jeder Knotenpunkt (A, B, C) mit Dioden (23 bis 28) zur Ableitung der induktiven Überspannungen
gegen Masse (M) und gegen die Betriebsspannung (U-o)
beschaltet ist.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Knotenpunkte (A, B, C) über die Umschalter
auf eine gemeinsame Erdleitung (12) mit einem Meßwiderstand (13) geschaltet sind, dessen Spannungsabfall dem
Grenzwertmelder (11) zugeführt ist.
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